虚拟旅游景区漫游系统的研究

西安科技大学硕士学位论文虚拟旅游景区漫游系统的研究姓名：韩长红申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：支剑锋2011-06论文题目：虚拟旅游景区漫游系统的研究专业：计算机应用技术硕士生：韩长红(签名)指导教师：支剑锋(签名)摘要虚拟现实技术和互联网的发展，以及人们对旅游需求的不断增加，使得作为新兴模式的虚拟旅游得到了世界范围内的青睐。对虚拟景区漫游系统的开发研究已经成为虚拟现实领域的热点。虚拟景区漫游技术是虚拟现实技术的重要分支，它利用计算机图形图像技术，将现实中存在或不存在的旅游景区构建出来，然后利用3D编程技术，生成一个完整的虚拟景区漫游系统，用户通过操作键盘或鼠标等输入设备，足不出户就能实现对虚拟景区的漫游与交互，从而达到身临其境的主观感受。本文首先阐述了虚拟景区漫游系统的理论基础，分析了使用X3D构建虚拟景区的优势，指出了选择X3D作为虚拟景区漫游系统开发技术的原因。然后，对系统进行了需求分析，提出了系统设计的目标和原则，并给出了系统总体架构。最后重点对系统开发所涉及的关键技术进行了详细地分析研究，主要包括：（1）三维虚拟场景构建。本课题采用几何建模和基于图象建模的混合建模方法，综合利用X3D、3DSMax等实现虚拟景区的场景模型构建，对虚拟场景建模方法和优化技术进行了分析和研究，给出了虚拟景区构建过程和相关建模实例，并利用X3D中的Inline（内联）节点等相关节点实现了虚拟景区的集成。（2）系统交互性的研究与实现。对虚拟景区漫游系统的交互性及其实现进行了深入的研究。并重点研究了虚拟景区中的碰撞检测技术，并根据虚拟景区场景大、对象多的特点，提出了一种层次碰撞检测方法。该方法在满足实际精度要求的前提下，大大降低了碰撞检测次数和复杂度，有效提高了实时性，是一种针对大型虚拟场景高效快速的碰撞检测方法。通过对系统浏览效果的测试，结果表明：本系统具有较好的实时性、交互性和良好的视觉效果。用户不仅可以浏览虚拟景区，而且可以在浏览过程中对虚拟景区进行一些简单的实时交互。关键词：虚拟现实；虚拟漫游；X3D；碰撞检测；三维建模研究类型：应用研究Subject:ResearchonRoamingSystemofVirtualScenicSpotSpecialty:ComputerApplicationTechnologyName:HanChanghong(Signature)Instructor:ZhiJianfeng(Signature)ABSTRACTWiththedevelopmentofvirtualrealitytechnologyandtheInternet，especiallypeople’sincreasingdemandfortourism，virtualtourhasattractedworldwideattention.Researchanddevelopmentonvirtualroamingsystemofscenicspothasbecomeahotspotinfieldofvirtualreality.TechniqueofvirtualroamingofscenicspotisanimportantbranchofVirtualReality,anditappliesgraphicimagetechnologyofcomputerforconstructingthescenicspotsthatareeitherexistedornot,andthenusethe3Dprogrammingtechniquestogenerateacompletevirtualroamingsystemofscenicspot,theusercanroaminthevirtualscenicspotandinteractivewithitwithindoors,andthentheviewercanalsoreachakindoffeelingthathimselfispersonallyonthescene.Firstly,thisthesiselaboratesthetheoreticalbasisofroamingsystemofvirtualscenicspot,analyzestheadvantagesofapplyingX3Dtoconstructavirtualscenicspot,pointsoutthatthereasonofchoosingx3Dasadevelopmenttechnologyofroamingsystemofvirtualscenicspot.Then,itanalysesneedsofthesystem,proposessomeobjectivesandprinciplesofthesystemdesign,andgivestheoverallsystemarchitecture.Finally,focusondetailedanalysisandresearchonthekeytechnologiesinvolvedinthesystemdevelopment,including:(1)Constructionofthethree-dimensionalvirtualscene.Thistopicadoptshybridmethodofgeometricmodelingandimage-basedmodeling,makeuseofX3Dand3DSMaxtoconstructmodelofsceneinvirtualscenicspot,performanalysisandresearchonmodelingmethodandoptimizationtechnologyinvirtualscene,givestheconstructionprocessofvirtualscenicspotandrelatedmodelinginstancesandachievestheintegrationofthevirtualscenicspotbymakinguseofInlinenodeandotherrelatednodesinX3D.(2)Researchandimplementationofsysteminteraction.Thissectionmakesain-depthstudyoftheinteractionanditsimplementationonroamingsystemofvirtualscenicspot.Focusonthetechnologyofcollisiondetectioninvirtualscenicspot,andproposesahierarchicalcollisiondetectionmethodaccordingtothefeaturesofgreatscenesandmulti-objectsofvirtualscenicspot.Themethodusedinthisthesismeetthedemandofprecision,reducesthedetectionnumberandthecomplexityofthecollisiondetection,improvethereal-timefeatureeffectively.anditisakindofeffectiveandrapidcollisiondetectionmethodforlarge-scalevirtualscene.Thetestingofthesystemsprovesthatitisfeaturedwithreal-timeeffectiveness,interaction,andhasagoodvisualeffect.Userscannotonlyvisitthevirtualscenicspot,butalsocandosomesimplereal-timeinteractionduringthevisit.Keywords:VirtualrealityVirtualroamingX3DCollisiondetection3DModelingThesis:ApplicationResearch1绪论11绪论1.1选题背景及研究意义1.1.1选题背景随着社会和经济发展，旅游成为大众必需，成为被普遍接受和实践的一种生活方式，旅游在现代生活中日益“平民化”（democratization），旅游成为大众化的消费品[1]，旅游业已成为全球经济中发展势头最强劲和规模最大的产业之一。据世界旅游组织公布，全球旅游业总产出已占世界GDP的10．7％，超过了石油、汽车、化工等行业，成为当今世界第一大产业，被誉为永不衰落的“朝阳产业”[2]，并预言，到2020年全世界的旅游人数将增加200％]3[。据世界旅游组织（WTO）预测到2020年中国将取代法国成为世界第一大旅游目的地国和全球最大的国内旅游市场。据国家旅游局预测，我国在2020年国内旅游将达到18.8亿人次，旅游收入将达到25，295亿元人民币。旅游业日益成为中国经济新的增长点，成为中国第三产业的主要支柱之一。全国已有24个省、直辖市、自治区将旅游业定位为支柱产业，其余省区则分别将旅游业定位为重要产业或优势产业[4]。随着信息技术和经济水平的不断提高，互联网已经走入平常百姓家，于是很多景区，也把互联网作为一个重要的宣传平台，为游客提供大量的旅游信息介绍，成为游客获取旅游信息进行旅游辅助决策的重要因素。但是，目前旅游网站、旅行社网站对旅游景点、旅游服务设施如宾馆、饭店的服务环境的宣传介绍大多还是停留在使用静态图片和文字的阶段，没有连续的虚拟空间的展示，缺乏真实感和交互性。对景区的资料提供不够丰富详细，深度广度不够，不能满足旅游者获取信息的需求。而旅游产品具有无形性的特点[5]，旅游者在确定消费这一产品之前，由于无法亲自了解，往往只能从别人的经历或介绍中寻求了解。三维虚拟现实技术的应用，很好的解决了这个问题！虚拟现实技术为旅游景区带来了全新的展示手法，给旅游景区（产品）提供了身临其境的展示机会。三维虚拟导览，把景点的真实场景数字化，全方位搬到网络上。游客轻松点击鼠标，可以上下左右、走近、退远的观看景区风光，360度观看，就像来到现场一样。结合景区导航地图，可以在整个景区漫游，实现边走边看，虚拟旅游。同时还可以把住宿酒店真实环境，住宿客房，设施也真实的搬到了观众面前，充分展现景区的接待条件。虚拟旅游中人们浏览的不再只是简单的文字介绍和图形展示，而且是实现对其真实性和交互性的更高追求，即利用虚拟现实来模拟三维的仿真旅游场景和沉浸其中的旅行经历，从而实现对旅游景区的游览。可以说，虚拟旅游让人们足不出户便能饱览世界风貌，且大大降1绪论2低了旅游成本。整合音乐、导游解说、多媒体手法为一体的高清晰度三维虚拟旅游把旅游景点轻松“搬到了游客面前，是旅游景区网络展示推广的最新最有效的宣传工具。虚拟旅游作为一种文化产业信息化方式，其优势非常明显，它不仅可以促进对自然、人文旅游资源的保护，也可以起到对文化的展示和宣传的作用，同时可满足一部分人的旅游需求，从而带来一定的经济效益、社会效益、环境效益[6]。虚拟旅游系统的开发与设计，具有广阔的国内外市场空间和开发前景，具有巨大开发潜力，能够获得很好的经济效益[7]。1.1.2研究意义我国拥有丰富的旅游资源，但因我国旅游业起步较晚，在很多方面落后于发达国家。旅游业是信息密集型和信息依托型产业，是我国经济发展的支柱性产业。旅游业在城市经济发展中的产业地位、经济作用逐步增强，旅游业对城市经济的拉动性、社会就业的带动力、以及对文化与环境的促进作用日益显现。所以，将虚拟现实技术应用于旅游业，具有非常重要的现实意义[8]，具体包括以下几个方面：第一，虚拟旅游是保护世界遗产的有效措施。世界遗产的数字化，可以无限次的拷贝，支持人们远程浏览和欣赏那些易损而又有极高科研价值的旅游资源，避免